第一章列车制动总论

1、1列车制动主讲教师：曹兴潇机电工程学院机车车辆教研室2第一章 列车制动总论 社会的进步与交通运输的发展是密切相关社会的进步与交通运输的发展是密切相关的。现代交通运输在运送旅客方面必须提高和的。现代交通运输在运送旅客方面必须提高和改善快速、舒适、安全、准确、方便、经济等改善快速、舒适、安全、准确、方便、经济等指标。我们知道：指标。我们知道：“时间就是生命，时间就是时间就是生命，时间就是效益效益”。因此。因此提高列车运行速度和牵引重量提高列车运行速度和牵引重量是是提高铁路输能力、实现铁路运输现代化的重要提高铁路输能力、实现铁路运输现代化的重要内容。但是，如果没有性能良好的机车车辆制内容。但是，如果

2、没有性能良好的机车车辆制动装置，要提高列车速度和牵引重量以及保证动装置，要提高列车速度和牵引重量以及保证列车运输安全都是不可能的。列车运输安全都是不可能的。列车制动时进一列车制动时进一步提高列车运行速度的决定因素步提高列车运行速度的决定因素。3第一章 列车制动总论 制定系统是列车的重要组成部分，其性制定系统是列车的重要组成部分，其性能的好坏和制动能力的大小直接涉及列车能能的好坏和制动能力的大小直接涉及列车能否安全运行。众所周知，由于列车在紧急情否安全运行。众所周知，由于列车在紧急情况下的安全需要，列车制动距离远小于列车况下的安全需要，列车制动距离远小于列车的牵引距离。制定系统在制定时所需要提供

3、的牵引距离。制定系统在制定时所需要提供的制定功率不但与列车速度三次方成正比，的制定功率不但与列车速度三次方成正比，而且与列车制动距离成反比。从这个意义上而且与列车制动距离成反比。从这个意义上讲，讲，速度提高对列车制动系统的考验，相对速度提高对列车制动系统的考验，相对于列车其他系统来的更为严峻。于列车其他系统来的更为严峻。4第一章 列车制动总论列车制动的意义1、确保铁路运输的安全、确保铁路运输的安全2、提高列车的技术速度、提高列车的技术速度3、提高铁路的运输能力、提高铁路的运输能力5第一章 列车制动总论l1.1 几个基本概念l1.2 踏面制动与轮轨粘着l1.3 粘着系数的影响因素和计算公式l1.

4、4 粘着限制.制动率和闸瓦摩擦系数l1.5 其他制动方式l1.6 制动机种类l1.7 基础制动装置和防滑装置l1.8 闸瓦压力的空重车调整l1.9 制动缸活塞行程的调整61. 制动：制动：对运动着的物体施加外力，转移物体的动能，使物体降低速度或停止运动，称为“制动” 。2. 制动力：制动力：为了对运动着的物体实施制动而施加的外力，即为制动力。3. 缓解：缓解：对已实施制动的物体，解除或减弱其制动作用，称为“缓解”。1.1 几个基本概念7 牵引动力装置经过适当的转换，并配以相应的控制系统来进行制动的方式。电阻制动、再生制动、液力制动 以电操纵或永磁铁产生磁场，通过磁力产生制动力。旋转涡流制动、轨

5、道涡流制动、磁轨制动 以压缩空气（液体）为动力来 源，用空气压力的变化，实现制动。闸瓦制动、盘形制动空气制动制动原动力液压制动磁力制动1.1 几个基本概念人力制动动力制动 以人力为动力，通过装置实现制动。手制动、脚制动81.1 几个基本概念4. 制动初速度：制动初速度：司机施行制动的瞬间的列车速度。v1v2v391.1 几个基本概念5. 制动距离：制动距离：从施行制动的瞬间起，到列车速度降为零的瞬间止，列车驶过的距离。s2s1s310l我国对制动距离的规定l列车在任何线路坡道上的紧急制动距离限值: 运行速度不超过90km/h的货物列车为800m； 运行速度超过90km/h100km/h货物列车

6、为1100m; 运行速度超过100km/h120km/h货物列车为1400m. 1.1 几个基本概念11l运行速度不超过120km/h的旅客列车为800m；l运行速度超过120km/h140km/h的旅客列车为1100m;l运行速度超过140km/h160km/h的旅客列车为1400m;l运行速度超过160km/h200km/h的旅客列车为2000m. 1.1 几个基本概念12l6. 常用制动：在正常情况下为调节或控制列车速度包括进站停车所施行的制动 。它的特点是作用比较缓和而且制动力可以调节。 l7. 紧急制动：在紧急情况下为使列车尽快停住所施行的制动。特点是作用比较迅猛而且要把列车制动能力

7、全部用上。 1.1 几个基本概念13l非常制动：与紧急制动类似。制动力为最大常用制动力的1.4-1.5倍。与紧急制动区别在于该制动一般为电空联合制动，而紧急制动则只有空气制动。 l辅助制动：包括备用制动、救援/回送制动、 停放制动和保持制动等 1.1 几个基本概念148. 制动装置：使列车能实施制动和缓解而装于车上的装置；包括机车制动装置和车辆制动装置1.1 几个基本概念159. 制动机：产生制动原动力并进行操纵和控制的部分1.1 几个基本概念161.1 几个基本概念10. 基础制动装置：传送制动原动力并产生制动力的部分171.1 几个基本概念10. 基础制动装置：传送制动原动力并产生制动力的

8、部分18转换为热能，消散于大气转换为可用能量利用摩擦制动非摩擦制动能量转移方式能量转换方法 1.2 踏面制动与轮轨粘着191.2 踏面制动与轮轨粘着 闸瓦制动是利用闸瓦压紧车轮踏面，使轮瓦间发生摩擦，将列车动能的大部分变为热能，并转移到车轮与闸瓦，再逸散于大气的制动方式. 201.2 踏面制动与轮轨粘着21闸 瓦 制 动制动机：手制动机（脚制动机）、空气制 动机、电空制动机、真空制动机。制动原动力：人力、压缩空气、空气。基础制动装置：单侧制动、双侧制动、单 元式、散开式。后续章节重点讲述1.2 踏面制动与轮轨粘着221.2 踏面制动与轮轨粘着闸 瓦 制 动制动力形成方式粘着制动能量转移方式能量

9、转换方法将车辆的动能转化为热能摩擦制动231.2 踏面制动与轮轨粘着M 牵引 K 制动 N 垂向B 纵向K*K241.2 踏面制动与轮轨粘着l 现实中轮轨之间：两个具有一定表面粗糙度的物体，在一定压力下相互接触，象齿轮那样处于啮合并传递作用力的一种物理状态。l车轮钢轨在压力作用下有少许变形，并非点接触，而是椭圆形接触l车轮在钢轨之上滚动时，伴随微量轮轨间的纵向和横向滑动251.2 踏面制动与轮轨粘着l1. 粘着l 由于正压力而保持车轮与钢轨接触处相对静止的现象l 粘着特点l “静中有微动”；l “滚中有微滑”。261.2 踏面制动与轮轨粘着l2. 粘着力B：粘着状态所传递的最大作用力。也可以是

10、粘着状态下轮轨间切向摩擦力的最大值。l3. 粘着系数 ：轮轨间所产生的粘着力与垂向载荷之比。 = B/ N271.3 粘着系数的影响因素和计算公式l1.粘着系数的影响因素： 轮、轨接触面状态。 列车运行速度 车轮和钢轨材料的硬度。 闸瓦制动时，闸瓦材质。281.3 粘着系数的影响因素和计算公式l1.粘着系数的影响因素： 轮、轨接触面状态。 列车运行速度 车轮和钢轨材料的硬度。 闸瓦制动时，闸瓦材质。一是污染影响、二是气候影响。 291.3 粘着系数的影响因素和计算公式l1.粘着系数的影响因素： 轮、轨接触面状态。 列车运行速度 车轮和钢轨材料的硬度。 闸瓦制动时，闸瓦材质。粘着系数随速度的增加

11、而减小。列车速度低，冲击振动和轮轨间的横向和纵向的少量滑动减弱，因此粘着系数增加。 301.3 粘着系数的影响因素和计算公式l1.粘着系数的影响因素： 轮、轨接触面状态。 列车运行速度 车轮和钢轨材料的硬度。 闸瓦制动时，闸瓦材质。311.3 粘着系数的影响因素和计算公式l1.粘着系数的影响因素： 轮、轨接触面状态。 列车运行速度 车轮和钢轨材料的硬度。 闸瓦制动时，闸瓦材质。铸铁闸瓦有清除车轮踏面杂质和油脂的作用，对改善粘着有利。合成闸瓦回在轮轨表面留下一层低粘着的废料，使粘着系数下降。 321.3 黏着系数的影响因素和计算公式l2. 粘着系数的计算公式： l 干燥轨面l 潮湿轨面2606

12、.450624. 0V1205 .130405. 0V331.4 黏着限制、制动率和闸瓦摩擦系数一、黏着限制与制动率 BB 粘着制动产生的的制动力,在任何时候都不大于轮轨间粘着力的总和。制动力应受轮轨黏着的限制341.4 黏着限制、制动率和闸瓦摩擦系数制动率 粘着力：制动时，轮轨间的最大水平作用力l B=NN：一个轮对法向反作用力 N 的总和，等于轴载荷：轮轨粘着系数351.4 黏着限制、制动率和闸瓦摩擦系数制动率 K.k .r = B.r + J .l制动力简化为lB=KKK：一个轮对上闸瓦压力的总和忽略不计K：闸瓦摩擦系数361.4 黏着限制、制动率和闸瓦摩擦系数l粘着力：B=Nl制动力：

13、B=KK BB （粘着限制） KK N则 K / N /K371.4 黏着限制、制动率和闸瓦摩擦系数BB （粘着限制）K / N /K令0=K / N 0/K制动率：机车、车辆或全列车的闸瓦（闸片）总压力与其所受重力之比。制动率确切表示了制动能力的大小381.4 黏着限制、制动率和闸瓦摩擦系数轴制动率0制动轴上闸瓦压力与轴载荷之比 0=K / N 整车制动率一辆车闸瓦压力与该车总重之比 =K / Qg列车制动率全列车闸瓦压力与列车总重之比 =K /（G+P）g39 1.4 粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数二、闸瓦摩擦系数1. 铸铁闸瓦u灰铸铁闸瓦：闸瓦韧性好，生产工艺简单。u中磷铸铁闸瓦：耐磨性

14、提高了一倍。u高磷铸铁闸瓦：耐磨性又提高了一倍，摩擦系数高，制动时火花少。 缺点：随着含磷量的提高闸瓦的脆性增加。40 1.4 粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数2. 合成闸瓦 成分：树脂、金属粉末（铸铁粉末、铜粉、铝粉或铅锌等氧化物）、减摩剂及稳定剂等材料在热压下塑合而成。 按摩擦系数的大小可分为低摩合成闸瓦和高摩合成闸瓦。41 1.4 粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数2. 合成闸瓦特点： 可按需要改变配方和工艺来获得合适的摩擦系数。 闸瓦本身重量轻，约为铸铁闸瓦的1/3。 耐磨性好，使用寿命约为铸铁闸瓦的56倍 基本无制动火花，可防止因制动而引起的火灾事故。 对车轮踏面的磨耗比铸铁闸瓦减少一半.

15、42 1.4 粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数影响闸瓦摩擦系数的因素主要有四个：闸瓦材质、列车运行速度、闸瓦压强、制动初速。 闸瓦压强越大摩擦系数越小。 制动初速越低，摩擦系数越大。 摩擦系数随列车运行速度的降低而增大。 材质不同摩擦系数不同，其摩擦系数与其它因素的相互影响程度也不同。431.5 其他制动方式一、盘形制动 盘形制动是用带闸片的夹钳夹紧安装在车轮辐板两侧或车轴上的制动盘，使闸片与制动盘产生摩擦而起制动作用。44一、盘形制动 盘 形 制 动制动机：空气制动机、电空制动机。制动原动力：压缩空气。后续章节重点讲述45一、盘形制动盘 形 制 动制动力形成方式粘着制动能量转移方式能量转换方法

16、将车辆的动能转化为热能摩擦制动46二、盘形制动的特点 结构紧凑、制动效率高 能充分利用制动粘着系数BKBRr =盘形制动的粘着限制一、盘形制动47二、盘形制动的特点 结构紧凑、制动效率高 能充分利用制动粘着系数 能适应速度的提高，减轻车轮踏面的磨耗 制动盘和闸片的耐磨性好，检修工作量小一、盘形制动48二、磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动） 49 二、磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动） 50 二、磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动） 51二、磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动） 52 二、磁轨制动（摩擦式轨道电磁制动） 53l制动力： B=（K ）l K每个电磁铁的吸力l 电磁铁与钢轨间的滑动摩擦系数二、磁轨制动（

17、摩擦式轨道电磁制动） 磁轨制动制动力形成方式非粘着制动能量转移方式能量转换方法将车辆的动能转化为热能摩擦制动 54三、轨道（线性）涡流制动 轨道涡流制动又称线性涡流制动或涡流式轨道电磁制动。列车运行时励磁电磁铁(或永磁铁）产生的磁通，在气隙中建立移动磁场，使钢轨内产生感应电动势和电流（涡流），从而产生切向电磁力（制动力）。 55 三、轨道（线性）涡流制动56轨道涡流制动制动力形成方式非粘着制动能量转移方式能量转换方法非摩擦制动 三、轨道（线性）涡流制动切割磁力线产生涡流将车辆的动能热能57四、旋转涡流制动 旋转涡流制动利用安装在车轴上的圆盘切割磁力线产生涡流，使涡流盘发热，将列车的动能转换成热

18、能的制动方式。 58四、旋转涡流制动59四、旋转涡流制动60四、旋转涡流制动61四、旋转涡流制动旋转涡流制动制动力形成方式粘着制动能量转移方式能量转换方法切割磁力线产生涡流将车辆的动能热能非摩擦制动 62 制动时，将列车运动的动能转变为电能后，再变成热能消耗掉或反馈回电网的制动方式。 优点：摩擦部件少，维修量小，可以反复使用等 缺点：增加了控制装置和制动电阻等设备，存在电气制动失效等。 应用：动车组，城市轨道列车电制动63电制动64 制动时变牵引电机为发电机，把列车的动能转换成电能，再把电能加在制动电阻上，电阻产生的热量消散于大气中，从而产生制动作用五、电阻制动 属于动力制动五、电阻制动 电阻

19、制动原理直流牵引电动机直流他励发电机直流电机可逆原理制动工况牵引工况列车动能电能热能冷却风制动电阻电磁转矩与转向同电磁转矩与转向反66五、电阻制动 电阻制动系统构成（直流电机）67制动原动力：牵引动力装置。制动装置：牵引电机、制动电阻、控制 系统等共同组成。五、电阻制动电 阻 制 动制动力形成方式粘着制动能量转移方式能量转换方法动能电能热能非摩擦制动68 制动时变牵引电机为发电机，把列车的动能转换成电能，再把电能回馈到电网再生利用，从而产生制动作用。六、再生制动 属于动力制动69六、再生制动70制动原动力：牵引动力装置。制动装置：牵引电机、控制系统、回收 装置等共同组成。六、再生制动再 生 制

20、 动制动力形成方式粘着制动能量转移方式能量转换方法动能电能再生利用非摩擦制动71l再生制动失败后，列车主电路会转入电阻制动，列车运行动能转换为热能耗散到大气中。l为了尽快将电阻制动的热能散发出去，制动电阻器箱一端装有很大功率的通风机。对于地铁车辆来说，通风机散发出去的热量会使隧道内的温度升高，对于地下车站的空调环境不利，增加夏季通风和空调费用支出。六、再生制动72l电阻产生的高温明火会引起列车车下其他设备或电缆的燃烧，给行车带来潜在的危险。l近十几年来，城市轨道交通车辆乘坐舒适性的提高，列车客室空调消耗的能量已大大增加，客室内服务设施（报站显示器、广告电视屏）耗能也逐渐增加，再生制动能量被本车

21、辅助电源消耗的比例占到了80%左右。六、再生制动73 制动时靠液力制动器或液力变矩器中的液体之间和固体之间的摩擦，将列车动能转变为热能加以消散，从而产生制动作用。七、液力制动 属于动力制动74制动原动力：牵引动力装置。制动装置：液力制动器、液力变矩器七、液力制动液 力 制 动制动力形成方式粘着制动能量转移方式能量转换方法将车辆的动能转化为热能摩擦制动75八、翼板制动76八、翼板制动77制动机类型 1.6 制动机种类手制动机手制动机空气制动机：操控压力空气空气制动机：操控压力空气真空制动机：以空气为原动力真空制动机：以空气为原动力电空制动机：电气控制，以空气为原动力电空制动机：电气控制，以空气为

22、原动力电磁制动机：操控、原动力均为电电磁制动机：操控、原动力均为电78一、手制动机l一、手制动机: 以人力为制动原动力，以手轮的转动方向和手力大小来操纵控制。79l空气制动机的特点是以压力空气作为原动力，以改变空气压强来操纵控制。它的制动力大，操纵控制灵敏便利。l我国铁路习惯把压力空气简称为“风”，把空气制动机简称为“风闸”。依此类推，风缸、风管、风压、风表等名称均由此而来。二、空气制动机80l直通空气制动机二、空气制动机l自动空气制动机构造作用原理特点l作用原理l特点l构造l二压力机构l三压力机构l二、三压力混合机构l直接控制l间接控制l列车管的局部减压l稳定性、灵敏度l闸瓦压力的空重车调整

23、81l直通空气制动机的构造：1 直通空气制动机82l直通空气制动机的特点：1. 列车管增压制动，减压缓解2. 可实现阶段制动和阶段缓解l阶段制动在制动缸升压过程中将手柄反复置于制动位和保压位，制动缸的空气压强呈阶段式上升。l阶段缓解在制动缸降压过程中将手柄反复置于缓解位和保压位，制动缸的空气压强呈阶段式下降。1 直通空气制动机831 直通空气制动机l缺点：当列车发生分离事故，制动机软管被拉断时，将彻底丧失制动能力，而且列车前后部发生制动力作用的时间差太大，不适用于编组较长的列车。l列车操纵改用了自动式空气制动机。84l自动空气制动机的特点： 列车管减压制动，增压缓解。l结构上：（与直通比较）每

24、辆车上多了一个三通阀（分配阀）和一个副风缸。l三通既是：一通列车管、二通副风缸、三通制动缸。2 自动空气制动机85l自动空气制动机的特点： 1. 结构上：（与直通比较）每辆车上多了一个三通阀（分配阀）和一个副风缸 2. 列车管减压制动，增压缓解。 3. 制动缓解一致性好2 自动空气制动机863 真空制动机特点： 以大气为原动力，以改变“真空度”来操纵控 制。87 1.7 基础制动装置和防滑装置 基础制动装置 由制动缸活塞杆、闸瓦及一系列杠杆、拉杆、制动梁等传动部件组成基础制动装置作用： 1、传递制动缸所产生之力至各个闸瓦 2、将此力增大一定倍数 3、保证各闸瓦有较一致的闸瓦压力88 1.7 基

25、础制动装置和防滑装置一、闸瓦制动的基础制动装置1. 按闸瓦配置分（1）单侧制动：也称单闸瓦式。89 1.7 基础制动装置和防滑装置(一) 按闸瓦配置分（1） 单侧制动：也称单闸瓦式。90 1.7 基础制动装置和防滑装置(一) 按闸瓦配置分（2）. 双侧制动：也称双闸瓦式。91 1.7 基础制动装置和防滑装置(一) 按闸瓦配置分（2）. 双侧制动：也称双闸瓦式。921.7 基础制动装置和防滑装置2. 按传动机构的配置分（1）散开式：全车只有一个较大的制动缸931.7 基础制动装置和防滑装置(二) 按传动机构的配置分（2）单元式：制动缸较小而且数量较多，各个制动缸分别设置在各个轮对的附近，制动缸和

26、闸瓦之间杠杆很少，甚至没有杠杆。从制动缸到闸瓦组成一个非常紧凑的制动单元。又分为侧置式、背推式两种94 1.7 基础制动装置和防滑装置（2）单元式：a) 侧置式：G系列单元制动装置。1-制动缸2-闸瓦拖吊3-闸瓦4-闸瓦托5-盒体951.7 基础制动装置和防滑装置（2）单元式： b) 背推式： 完全省去了拉杆、杠杆、吊杆等众多传动零件，结构非常简单，机械效率大大提高，特别适用于侧架式单侧制动的货车96 1.7 基础制动装置和防滑装置（二）、制动倍率 制动缸活塞作用，经过杠杆机构传到闸瓦时，由于杠杆扩大的理想倍数，称为“制动倍率”，用n表示。 （115）PKn=理按杠杆比算得的闸瓦理想压力总和。

27、制动缸活塞杆的作用力97 1.7 基础制动装置和防滑装置 PbaP1=Pa=P1b98 1.7 基础制动装置和防滑装置 P1(c+d)=P2d（116）21cdacdPPpdbdPbaP1=99制动倍率 用m表示制动梁个数四轴车单侧制动m=4；双侧制动 m=8。则 1.7 基础制动装置和防滑装置PddcbaP2+=PddcbamPmK2+=理（117）制动缸杠杆倍率转向架杠杆倍率制动时为轴制动倍率100在确定了闸瓦压力后，可求得制动倍率： 1.7 基础制动装置和防滑装置PddcbamK+=理理 B=KK K理=P nPKn=理在确定了所需制动力的值之后，可求得闸瓦压力： K = B /K 在已

28、知制动倍率时可求得理想的闸瓦压力101 1.7 基础制动装置和防滑装置（三）闸瓦悬挂对闸瓦压力的影响：1. 在同一车轮上，前后两块闸瓦的闸瓦压力应尽可能相等；而同一块闸瓦当车轮回转方向不同时，其闸瓦压力（径向）应尽可能保持不变。2. 缓解时，闸瓦能以自身的重量而自动离开车轮；在运行中遇有振动时，闸瓦也不会碰靠车轮。102 1.7 基础制动装置和防滑装置103 1.7 基础制动装置和防滑装置（b）图 KP2+Tsin=0 K=P2Tsin104 1.7 基础制动装置和防滑装置（b）图 KP2+Tsin=0 K=P2Tsin（c）图 KP2Tsin=0 K=P2+Tsin105 1.7 基础制动装

29、置和防滑装置图（d） 条件 = 车轮顺时针转 KP2 cos0 K=P2 cos 车轮顺时针转 KP2 cos0 K=P2 cos车轮转动方向不影响K的大小，只影响T的大小106 1.7 基础制动装置和防滑装置l理论分析，正确的闸瓦悬挂位置是：l1. 闸瓦低于车轮中心线，使闸瓦托中心与车轮中心水平线有一夹角；l2. 闸瓦托吊中心线与闸瓦托中心同车轮中心连线互相垂直，即=。1071.7 基础制动装置和防滑装置l实际设计时：l 按车轮踏面、闸瓦磨耗中期，即均磨耗20mm时，使闸瓦悬吊位置符合=的要求设计。一般、角取15左右，或闸瓦中心位置低于车轮中心水平线40110mm。l闸瓦杆长度0.8R108

30、1.7 基础制动装置和防滑装置l二、盘形制动装置1091.7 基础制动装置和防滑装置l悬挂方式l 制动缸浮动式、 制动缸固定式1101.7 基础制动装置和防滑装置三、防滑器装置的基本原理及其发展l粘着的特点：滚动中有微滑 滚动中有微滑,当制动力小于黏着力时，这种“微滑”不但不会导致车辆“滑行”，反而会清除接触处的污垢，改善轮轨接触表面状态。l轮轨间的纵向滑动： 空转（或打飞轮） 轮周牵引力粘着限制 滑行（或抱死轮） 制动力粘着限制1111.7 基础制动装置和防滑装置防滑器的用途：l 当制动力大于黏着力，车轮要产生滑行时，随着车轮转速的降低，闸瓦摩擦系数急剧增大，摩擦力也剧增，轮轨间制动力减小。 l 防滑器的用途就是在这短暂的过渡阶段检测出车轮即将发生滑行的危险，并及时动作，快速排除制动缸内的压力空气